细粒浊积岩特征、分布及发育机制:以川北唐家河剖面寒武系郭家坝组为例

细粒浊积岩是一类较为特殊的浊积岩类型,与可用鲍马序列解释的完整经典浊积岩相比,其颗粒粒径明显偏细,小于63μm的颗粒含量超过50%。通过对四川盆地北部唐家河剖面寒武系第二统郭家坝组上部地层的系统研究发现,Stow细粒浊积岩序列发育广泛。该序列下部(T0-T3)主要为极细砂、粉砂与泥质纹层互层,发育微弱冲刷构造和泄水构造等软沉积物变形构造;中部(T4-T6)为泥质层段夹断续粉砂质纹层;上部(T7-T8)转变为均质泥岩段,生物扰动构造发育,整体序列具有正粒序特征。浊积岩序列中碎屑颗粒主要为石英、岩屑和云母,长石少见,杂基含量高;粒度频率分布曲线(直方图)显示颗粒分选性比传统浊积岩好,且自下而上各砂质纹层内颗粒粒径变细;概率值累计曲线表现为"一段式"和"上凸的折线式"2种,且悬浮组分占据了绝大优势;C-M图以平行于"C=M"基线为特征,但受碎屑颗粒粒级偏小的影响,投点整体沿C=M基线向左下偏移,显示该序列具有浊流递变悬浮沉积的特点。结合筇竹寺阶(第二统)沉积背景,认为靠近研究区西北侧的摩天岭古陆为浊积岩发育的主要物源区,台内地形的遮挡为细粒浊积岩的发育提供了良好的地形条件,悬浮搬运和阵发性环境事件(如风暴、洪水等)搬运为细粒沉积物主要的搬运机制。以唐家河剖面为代表的寒武系郭家坝组细粒浊积岩的广泛发育,对于认识四川盆地北缘古地理格局和非常规油气勘探具有重要意义。

寒武系第二统仙女洞组混合沉积特征及古环境意义——以川北旺苍唐家河剖面为例

碳酸盐组分与陆源碎屑物的混合沉积(Mixed siliciclastic⁃carbonate sedimentation)在古气候、古环境重建方面具有重要作用,近年来受到国内外学者广泛关注。寒武纪沧浪铺早期,上扬子北缘靠近汉南古陆的浅水环境中混合沉积广泛发育,以石英、岩屑等陆源碎屑与碳酸盐的层内混合和间互沉积为主要特征。研究表明,以碎屑颗粒占主导的混积岩(郭家坝组顶部及阎王碥组底部)表现为灰质粉砂岩—泥岩互层,以及灰质粉砂岩—灰质泥岩的间互沉积,形成于陆棚和潟湖等相对低能环境。以碳酸盐占主导的混积岩(仙女洞组)主要发育“碳酸盐岩—混积岩”和“混积岩—混积岩”的沉积序列,表现为:1)泥晶灰岩—灰质泥岩互层,2)灰质岩屑细砂岩—砂质鲕粒灰岩互层,以及3)灰质细砂岩→砂质鲕粒灰岩→亮晶鲕粒灰岩的旋回,形成于台缘斜坡及台地边缘等高能环境。在沧浪铺期海退背景下,川北地区仙女洞组以碳酸盐占主导的混积体系具有“近源”沉积特点。陆源碎屑通过三角洲—河流入海口进入浅海环境,并经过沿岸流和波浪的搬运,对台地边缘相带的微生物丘、古杯丘和鲕粒滩为主的碳酸盐工厂造成影响,形成相缘渐变混合和原地沉积混合的混积类型,其发育与当时气候条件、陆源供给量、水动力条件及生物作用有关。而台缘斜坡—陆棚环境中,风暴、浊流等间断性事件对混积体系起着主要作用,易形成事件突变混合。因此,厘清以唐家河剖面为代表的川北寒武系混积特征及分布发育情况,对于认识上扬子地区北缘寒武纪早期古地理背景、古环境演化,以及混积岩储层发育特征等方面具有促进作用。

古代碳酸盐岩台地自生泥质组分成因及意义——以上寺剖面中二叠统茅口组为例

台地泥质组分沉积记录了源—汇过程和环境演化等沉积学领域信息,可作为古气候和古环境重建的重要载体。然而,利用沉积物中的泥质组分进行古气候和古环境恢复时仍存在相当大的复杂性和局限性。鉴于此,笔者以上寺剖面中二叠统茅口组为例,通过研究该层位富泥质组分灰岩—泥灰岩韵律的宏微观形貌学和矿物学特征,发现其泥质组分主要由成岩黏土矿物海泡石构成,其次为少量滑石和蒙脱石。基于前人认识,进一步运用电子探针和激光原位元素地球化学分析手段,综合认为海泡石中镁元素来源于继承海水的孔隙水以及亚稳定矿物的转化释放,硅元素可能来源于上扬子台地的同沉积期断裂热液。此外,滑石主要形成于海泡石埋藏过程中的成岩转化,蒙脱石可能也具有类似成因,但不排除有少量蒙脱石来源于火山物质的海底改造。结合区域资料,华南中二叠统浅水碳酸盐台地上广泛发育自生成因(早期成岩作用和埋藏成岩作用)泥质组分。因此,在利用泥质组分来恢复古环境的时候,需要谨慎识别其成因,这将有利于提高沉积旋回识别和环境解释的准确性;另一方面,对自生成因泥质组分进行专门研究,在成岩过程以及成岩地球化学信号识别上也具有参考价值。

埃迪卡拉纪—寒武纪之交微生物岩特征对比及古海洋学意义:以汉南—米仓山地区为例

寒武纪初期不仅发生了宏体生物大爆发,而且也出现了地质历史时期少见的蓝细菌鞘体大规模钙化事件。埃迪卡拉纪—寒武纪之交海水化学性质的转变对真核生物的演化起到了重要作用,但是这种转变对微生物岩发育特征以及蓝细菌钙化事件的产生有无影响,目前尚不明确。鉴于此,对华南上扬子北缘汉南—米仓山地区上埃迪卡拉统—寒武系第二统多个典型微生物岩发育剖面进行了系统野外调查和室内岩石学分析,结果表明:上埃迪卡拉统灯影组叠层石广泛发育,以平铺状、缓波状特征为主,而凝块石既可以呈补丁状分布于叠层石纹层间,又可以呈细小的凝絮状、粘结状特征构成厚层岩层;寒武系第二统仙女洞组叠层石丰度显著降低,以高大、坚硬的丘状隆起为特点,包括单独的凝块石丘,以及微生物与古杯的联合建丘。虽然寒武系第二统微生物岩的层状结构和凝块结构与埃迪卡拉系相比并无太大差异,但是寒武系微生物岩内部保存有大量的钙化微生物化石,已识别出附枝菌(Epiphyton)、肾形菌(Renalcis)和葛万菌(Girvanella)等多种类型。在收集、整理前人有关微生物岩特征和发育资料的基础上,本次研究初步整理出华南寒武系第二统微生物岩的时空分布特点,发现寒武纪第二世第三期是钙化微生物大量发育的一个时期,在随后的第四期达到一个小的高峰。对于此次蓝细菌钙化作用幕的启动机制,除前人提出的海水高钙离子浓度和蓝细菌体内二氧化碳浓缩机制等认识外,寒武纪早期海水性质的转变(方解石质原生矿物受成岩改造程度较低)、适度的陆源碎屑输入(黏土组分保护作用)也有利于钙化微生物结构的保存,应引起重视。

混积岩中重矿物形貌学特征及物源意义——以川北寒武系第二统仙女洞组为例

混积岩能够同时提供碳酸盐沉积以及陆源碎屑物质供给两方面的线索,在沉积动力学、古地理学、古气候学以及物源示踪等领域受到越来越多的关注。需要注意的是,受颗粒性质、滨海水动力条件、风化和成岩作用等因素影响,混积岩中陆源碎屑含量不稳定且粒径普遍偏细,亚稳定—不稳定重矿物会发生不同程度丢失,因而一些反映原始陆源碎屑构成的物源分析方法可能不适用。在研究中以四川盆地北部米仓山地区不同剖面仙女洞组混积岩中粉砂级碎屑组分为对象,对不同沉积环境下的重矿物组成、形貌特征(粒径、延长系数和磨圆度)、风化侵蚀和成岩状况进行了初步探索。结果显示:滨岸环境下的陆源碎屑含量最高,混积台地边缘陆源碎屑含量明显减少,同时易风化重矿物比例降低。另一方面,混积台地边缘稳定重矿物中的碎屑锆石粒径和延长系数与滨岸环境相比明显变小,且同一级别延长系数下锆石磨圆变好。此外,研究还发现沿汉南—米仓山地区存在较为连续的浅水高能鲕粒滩和古杯—微生物丘(礁)相带。这些证据表明沧浪铺期汉南古陆已经发育并向盆地内部提供物源。川北地区下寒武统是四川盆地油气勘探的重要接替层位,理清沧浪铺期物源方向对认识上扬子北部寒武纪早期古地理格局具有较大价值。